Kotlin学习 8 -- 泛型的高级特性

本篇文章主要介绍以下几个知识点：

SUMMER DAY (图片来源于网络)

1. 对泛型进行实化

在 JDK 1.5中，Java 引入了泛型功能（之前没有），是通过类型擦除机制来实现的，即泛型对类型的约束只在编译时存在，运行时仍按 JDK 1.5之前的机制来运行，JVM 识别不出在代码中指定的泛型类型。

所有基于 JVM 的语言，其泛型功能都是通过类型擦除机制来实现的，包括 Kotlin。这种机制不可使用 a is T 或 T::class.java 的语法，因为 T 的实际类型在运行时已被擦除了。

不过，Kotlin 提供了一个内联函数的概念，内联函数中的代码会在编译时自动被替换到调用它的地方，编译后会直接使用实际的类型替换内联函数中的泛型声明，从而不存在泛型擦除的问题了。

即 Kotlin 中是可以将内联函数中的泛型进行实化的。

泛型实化：函数必须是内联函数，在声明泛型的地方必须加上 reified 关键字，如下：

inline fun <reified T> getGenericType() { 
    // T 就是一个被实化的泛型
}

借助泛型实化就可以实现诸如获取泛型类型的功能：

// 返回当前指定泛型的实际类型
inline fun <reified T> getGenericType() = T::class.java

测试如下：

fun main() {
    val result1 = getGenericType<String>()
    val result2 = getGenericType<Int>()
    println(result1) // java.lang.String
    println(result2) // java.lang.Integer
}

2. 泛型实化的应用

在过去，通常用如下代码启动一个 Activity：

val intent = Intent(context, TestActivity::class.java)
context.startActivity(intent)

下面就借助泛型实化功能来优化这种写法，定义 startActivity() 函数如下：

inline fun <reified T> startActivity(context: Context) {
    val intent = Intent(context, T::class.java)
    context.startActivity(intent)
}

现在，启动 Activity 的代码这样写就可以了：

// Kotlin 能识别出指定泛型的实际类型，并启动相应的 Activity
startActivity<TestActivity>(context)

对于 Intent 传参的问题，可继续添加新的 startActivity() 函数重载如下：

inline fun <reified T> startActivity(context: Context, block: Intent.() -> Unit) {
    val intent = Intent(context, T::class.java)
    intent.block()
    context.startActivity(intent)
}

这样启动 Activity 并传参就可以这么写了：

startActivity<TestActivity>(context) {
    putExtra("param1", "data")
    putExtra("param2", 123)
}

3. 泛型的协变

一个泛型类或泛型接口中的方法，它的参数列表是接收数据的地方，称它为 in 位置，它的返回值是输出数据的地方，称为 out 位置。

首先来看个栗子，定义如下3个类：

open class Person(val name: String, val age: Int)
class Student(name: String, age: Int) : Person(name, age)
class Teacher(name: String, age: Int) : Person(name, age)

思考如下：

  • 若某个方法接收一个 Person 类型的参数，而传入一个 Student 的实例，是否合适？
    因为 Student 是 Person 的子类，从而可以这么传。

  • 若某个方法接收一个 List<Person> 类型的参数，而传入一个 List<Student> 的实例，是否合适？
    在 Java 中是不允许这么做的，因为 List<Student> 不能成为 List<Person> 的子类，否则存在类型转换的安全隐患。（注：Kotlin 中可以，因为 Kotlin 已经默认给许多内置的 API 加上了协变声明，包括各种集合的类与接口）

对于存在类型转换的安全隐患，测试如下：

fun main() {
    val student = Student("Tom", 18)
    val data = SimpleData<Student>()
    data.set(student)
    handleSimpleData(data) // 这里会报错
    val studentData = data.get()
}

fun handleSimpleData(data: SimpleData<Person>) {
    val teacher = Teacher("Jack", 32)
    data.set(teacher)
}

// 泛型类，内部封装了一个泛型 data 字段
class SimpleData<T> {
    private var data: T? = null
    fun set(t: T?) {
        data = t
    }
    fun get(): T? {
        return data
    }
}

泛型协变：定义一个 MyClass<T> 的泛型类，其中 A 是 B 的子类型，同时 MyClass<A> 又是 MyClass<B> 的子类型，就称 MyClass 在 T 这个泛型上是协变的。

  • 如何让 MyClass<A> 成为 MyClass<B> 的子类型？
    若一个泛型类在其泛型类型的数据上是只读的话，它是没有类型转换的安全隐患的。要实现这点，需要让 MyClass<T> 类中的所有方法都不能接收 T 类型的参数， 即 T 只能出现在 out 位置，而不能出现在 in 位置上。

修改上述代码如下，使其没有类型转换的安全隐患：

fun main() {
    val student = Student("Tom", 18)
    val data = SimpleData<Student>(student) 
    // SimpleData 进行了协变声明，使得 SimpleData<Student> 是 SimpleData<Person> 的子类，
    // 从而可以向 handleMyData() 中传递参数
    handleMyData(data) 
    val studentData = data.get()
}

fun handleMyData(data: SimpleData<Person>) {
    val personData = data.get() // 这里获取到的是 Student 实例
}

// 在泛型 T 的声明前加 out 关键字，
// 即 T 只能出现在在 out 位置上，不能出现在 in 位置上
// 即 SimpleData 在泛型 T 上是协变的
// 构造函数里使用 val 关键字，T 只读（或：用 var 需要在前面加 private） 
class SimpleData<out T>(val data: T?) {
    fun get(): T? {
        return data
    }
}

4. 泛型的逆变

泛型逆变：定义一个 MyClass<T> 的泛型类，其中 A 是 B 的子类型，同时 MyClass<B> 又是 MyClass<A> 的子类型，就称 MyClass 在 T 这个泛型上逆变的。

协变逆变区别如下：


协变与逆变的区别

下面举个栗子来说明下：

fun mian() {
    val trans = object: Transformer<Person> {
        override fun transform(t: Person): String {
            return "${it.name} ${it.age}"
        }
    }
    // 这里会报错，因为 Transformer<Person> 并不是 Transformer<Student> 的子类型
    handleTransformer(trans) 
}

fun handleTransformer(trans: Transformer<Student>) {
    // 创建个 Student 对象，并调用参数的方法
    val student = Student("Tom", 18)
    val result = trans.transform(student)
}

// 接口中声明个接收 T 类型参数的方法
interface Transformer<T> {
    fun transform(t: T): String
}

利用 逆变 就可以处理上面的问题，修改 Transformer 如下：

// 在泛型 T 的声明前加 in 关键字
// 即 T 只能出现在 in 位置，不能出现在 out 位置
// 即 Transformer 在泛型 T 上是逆变的
interface Transformer<in T> {
     fun transform(t: T): String
}

只要加个 in 关键字即可，此时 Transformer<Person> 就成为了 Transformer<Student> 的子类型，编译就能正常运行了。

若逆变时泛型 T 出现在 out 位置，会有类型转换异常。

小结：Kotlin 在提供协变和逆变功能时，已经把潜在的类型转换安全隐患全部考虑进去了，只要按照其语法规则，让泛型在协变时只出现在 out 位置，逆变时只出现在 in 位置，就不会存在类型转换异常的情况。（注：注解 @UnsafeVariance 可以打破这语法规则，但会带来而外的风险。）

本篇文章就介绍到这。

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